Iluminación natural: mayo 2013

martes, 28 de mayo de 2013

Ni onda ni partícula

http://www.investigacionyciencia.es/noticias/ni-onda-ni-partcula-10592

La naturaleza dual de la luz ha marcado la historia de la mecánica cuántica y la de sus interpretaciones. ¿Es la luz una onda o una partícula? Según la teoría cuántica, en líneas generales una pregunta como la anterior carece de sentido: las únicas afirmaciones cabales son aquellas relativas a los resultados posibles de un experimento concreto. Con anterioridad a una medida, sin embargo, resulta imposible asignar a la luz (o a cualquier otro objeto cuántico) una descripción clásica en términos de «solo onda» o «solo partícula».

Lo anterior choca con nuestra intuición clásica, la cual nos impulsa a adscribir una realidad a los objetos con independencia de que sean observados o no. Sin embargo, todas las interpretaciones de la mecánica cuántica en términos de variables ocultas o supuestos similares se han mostrado hasta la fecha incompatibles con los resultados empíricos. Ahora, dos enrevesados experimentos publicados en el último número de la revista Science han vuelto a confirmar la imposibilidad de pensar en términos clásicos cuando deseamos describir las propiedades de algunos objetos microscópicos.

Supongamos que un fotón se hace pasar por un espejo semitransparente que, con una probabilidad del 50 por ciento, deja pasar a la partícula, pero, con la misma probabilidad, puede también reflejarla y la conducirla por un camino alternativo. Si con ayuda de los dispositivos adecuados ambas sendas se redirigen y se hacen coincidir en un punto. ¿Qué observaremos a la llegada?

La respuesta depende del tipo de experimento que deseemos realizar. Si al final de cada uno de los dos caminos posibles situamos un detector, el fotón será observado con igual probabilidad en uno o en otro. Diremos entonces que la luz se ha comportado como una partícula y que, como tal, discurrió por una de las dos sendas accesibles. Sin embargo, si en el punto de cruce situamos otro espejo semitransparente, no podremos saber qué camino siguió el fotón. En ese caso, la mecánica cuántica predice (y los experimentos confirman) que el fotón se comportará como una onda: al llegar al primer espejo semitransparente, tomará ambos caminos a la vez, interferirá consigo mismo en el punto de llegada y dejará un patrón de interferencia característico.

Con todo, una interpretación clásica puede salvarse si argumentamos que, de algún modo, al llegar al primer espejo, el fotón «ya conoce» el montaje experimental. Para sortear ese tipo de explicaciones, en 1978 John A. Wheeler propuso llevar a cabo un experimento similar pero en el que la decisión de colocar o no el segundo espejo se pospone hasta después de que el fotón ha pasado por el primero. Tales experimentos de «elección diferida» han sido efectuados en la práctica y han confirmado una vez más las curiosas predicciones de la mecánica cuántica.

Ahora, dos grupos experimentales han llevado el experimento de elección diferida de Wheeler un paso más lejos. Al entrelazar el estado del segundo espejo semitransparente con un fotón auxiliar cuyo estado no medían hasta más tarde, Alberto Peruzzo y sus colaboradores lograron que no solo el fotón inicial, sino también el aparato de medida se encontrase en una superposición de estados: el fotón, en un estado de «onda y partícula», y el segundo espejo semitransparente, en un estado equivalente a «presente y ausente». Debido al entrelazamiento entre el aparato de medida y el fotón auxiliar, la función de onda no colapsa hasta que no se mide el estado de este último. Es más: dicho proceso puede retrasarse hasta después de que el primer fotón haya llegado a los detectores.

Por su parte, Florian Kaizer y sus colaboradores llevaron a cabo un experimento muy similar en el que el entrelazamiento tenía lugar entre el fotón de prueba y el auxiliar. En ambos casos, los investigadores verificaron que se violaban las desigualdades de Bell. Los experimentos suponen una prueba experimental más de la imposibilidad de interpretar las extrañas predicciones de la mecánica cuántica en términos de variables ocultas.
Más información en Science.